五一假期剛過，科技就迎來一個(gè)重磅消息：世界上第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)誕生!中國科學(xué)院5月3日在上海舉行新聞發(fā)布會(huì)發(fā)布了這一消息。

更令人振奮的是，這個(gè)“世界首臺(tái)”是貨真價(jià)實(shí)的“中國造”，屬中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事陸朝陽、朱曉波等，聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組攻關(guān)突破的成果。

量子計(jì)算機(jī)是指利用量子相干疊加原理，理論上具有超快的并行計(jì)算和模擬能力的計(jì)算機(jī)。

中科院阿里巴巴量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室-plug光路-用于囚禁原子曾有人打過一個(gè)比方：如果現(xiàn)在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的速度是自行車，量子計(jì)算機(jī)的速度就好比飛機(jī)。使用億億次的“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)求解一個(gè)億億億變量的方程組，所需時(shí)間為100年。而使用一臺(tái)萬億次的量子計(jì)算機(jī)求解同一個(gè)方程組，僅需0.01秒。

多粒子糾纏的操縱作為量子計(jì)算的技術(shù)制高點(diǎn)，一直是國際角逐的焦點(diǎn)。在光子體系，潘建偉團(tuán)隊(duì)在國際上率先實(shí)現(xiàn)了五光子、六光子、八光子和十光子糾纏，一直保持著國際領(lǐng)先水平。

在超導(dǎo)體系，2015年，谷歌、美國航天航空局和加州大學(xué)圣芭芭拉分校宣布實(shí)現(xiàn)了9個(gè)超導(dǎo)量子比特的高精度操縱。這個(gè)記錄在2017年被中國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)打破。

根據(jù)今天發(fā)布會(huì)上的消息，潘建偉、朱曉波、王浩華等自主研發(fā)了10比特超導(dǎo)量子線路樣品，通過發(fā)展全局糾纏操作，成功實(shí)現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目的超導(dǎo)量子比特的糾纏和完整的測量。

進(jìn)一步，研究團(tuán)隊(duì)利用超導(dǎo)量子線路演示了求解線性方程組的量子算法，證明了通過量子計(jì)算的并行性加速求解線性方程組的可行性。相關(guān)成果即將發(fā)表于國際權(quán)威期刊《物理評(píng)論快報(bào)》。

在光量子計(jì)算方面，潘建偉、陸朝陽等利用自主發(fā)展的綜合性能國際最優(yōu)的量子點(diǎn)單光子源，并通過電控可編程的光量子線路，構(gòu)建了針對(duì)多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計(jì)算原型機(jī)。

實(shí)驗(yàn)測試表明，該原型機(jī)的取樣速度不僅比國際同行類似的實(shí)驗(yàn)加快至少24000倍，同時(shí)，通過和經(jīng)典算法比較，也比人類歷史上第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)(ENIAC)和第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)(TRADIC)運(yùn)行速度快10-100倍。

潘建偉說，這是歷史上第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的基于單光子的量子模擬機(jī)，為最終實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典計(jì)算能力的量子計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。5月2日，該研究成果以長文的形式在線發(fā)表于《自然光子學(xué)》。

人類歷史上第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)(ENIAC)

真空中的光速可達(dá)每秒300千米，是目前所發(fā)現(xiàn)的自然界物體運(yùn)動(dòng)最大速度。澳大利亞物理學(xué)家布克勒(Ben Buchler)正在研究能否利用光子(光粒子)作為量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)材料，從而加速信息革命。

澳大利亞研究委員會(huì)(Australian Research Council)量子計(jì)算和通信技術(shù)中心(CQC2T)調(diào)查主任布克勒稱，少數(shù)光學(xué)量子計(jì)算機(jī)模型已經(jīng)建立，但目前計(jì)算完成度較低。未來，也就是說隨著計(jì)算復(fù)雜程度增加，得出正確答案的幾率將減小。

布克勒的目標(biāo)是達(dá)到百分百的準(zhǔn)確率。根據(jù)研究中心目前進(jìn)展，未來十年，將實(shí)現(xiàn)悉尼-堪培拉-墨爾本跨城網(wǎng)絡(luò)量子通訊技術(shù)。

布克勒所在的實(shí)驗(yàn)室位于堪培拉的澳大利亞國立大學(xué)(Australia National University)，2016年9月，其實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在著名雜志《自然物理學(xué)》發(fā)表重要報(bào)告，稱實(shí)驗(yàn)取得重大突破。

科學(xué)家們將光子限制在由幾十億超冷銣原子組成的4毫米云中，使光暫時(shí)“停住”，這種現(xiàn)象稱為“光靜止”。如果能停止足夠長的時(shí)間，便有望開啟量子計(jì)算所需的強(qiáng)烈光子交互作用。布克勒表示，通過修改光子密碼信息，“打亂”原子排列結(jié)構(gòu)便可以應(yīng)用于量子計(jì)算。

光是量子計(jì)算的最佳原材料，能夠通過光學(xué)結(jié)構(gòu)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)之間信息速遞，由于受外界環(huán)境影響，光子之間的感應(yīng)較弱，這種虛擬狀態(tài)中對(duì)干擾的免疫能夠保證信息傳遞的穩(wěn)定性。如何加強(qiáng)光子之間的交互作用是發(fā)掘光能的關(guān)鍵。

量子計(jì)算機(jī)是運(yùn)用微小粒子實(shí)現(xiàn)高級(jí)計(jì)算的先進(jìn)設(shè)備，大大提高運(yùn)算效率，而傳統(tǒng)的系統(tǒng)僅能使我們的筆記本電腦或智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)單次運(yùn)算。布克勒說：“若按現(xiàn)有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)發(fā)展100年來看，也無法與量子計(jì)算機(jī)比肩，這是一種全新的解決問題方式，將有助于科學(xué)家解決重大謎團(tuán)。”

量子計(jì)算預(yù)計(jì)將會(huì)應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)庫采集，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行建模、分析及優(yōu)化，同時(shí)也包括運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)、金融市場及生物分子學(xué)等領(lǐng)域。

據(jù)澳貿(mào)委介紹，澳大利亞是進(jìn)行量子計(jì)算研究的優(yōu)選地。首先，澳洲和新西蘭是世界量子研究領(lǐng)域的“原子聯(lián)盟”，20世紀(jì)80年代，兩國理論物理學(xué)家為量子計(jì)算發(fā)展做出卓越貢獻(xiàn)，引領(lǐng)兩國量子研究領(lǐng)域位于世界前列。其次，澳洲政府為研究量子計(jì)算設(shè)立了專門機(jī)構(gòu)，吸引了大批優(yōu)秀專家，量子計(jì)算研究已成趨勢(shì)。

布克勒稱，量子計(jì)算機(jī)未來發(fā)展前景值得關(guān)注。它不僅能夠幫助解決科學(xué)領(lǐng)域難題，也將對(duì)人們的生活產(chǎn)生顛覆性影響。目前，谷歌、IBM及微軟等全球性大型科技公司均已對(duì)量子計(jì)算研究領(lǐng)域投入大量資金及技術(shù)支持。